[發(fā)明專利]三維心臟超聲虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910048616.5
• 申請日: 2009-03-31
• 公開（公告）號: CN101849813A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發(fā)明（設計）人: 孫錕;薛海虹;余建國;陳濱津;王威琪
• 申請（專利權）人: 上海交通大學醫(yī)學院附屬新華醫(yī)院;上海交通大學醫(yī)學院附屬上海兒童醫(yī)學中心;復旦大學
• 主分類號: A61B1/00
• 分類號: A61B1/00;A61B8/12;G06T17/00
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 翟羽

【技術領域】

本發(fā)明涉及計算機醫(yī)學成像和導航技術領域，特別是涉及一種三維心臟超聲虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)。

【背景技術】

普通的內(nèi)窺鏡的存在諸多弊端，如病人因不適應內(nèi)窺鏡引起的咳嗽惡心甚至壁穿孔、出血，沒有經(jīng)驗的醫(yī)生控制內(nèi)窺鏡在器官中移動時因迷失方向而增加病人的痛苦，以及內(nèi)窺鏡自身結(jié)構原因無法到達人體內(nèi)的很多重要部位。虛擬內(nèi)窺鏡是一種非創(chuàng)傷性技術，能夠避免普通內(nèi)窺鏡檢查時給病人帶來的痛苦，無出血、穿孔、感染等并發(fā)癥。虛擬內(nèi)窺鏡可重復操作，從任意角度和部位反復觀察，并可輕易經(jīng)過狹窄段去觀察狹窄后的情況。目前虛擬內(nèi)窺鏡在醫(yī)學中的應用主要集中在具有空腔結(jié)構的器官上，如胃腸道、支氣管、血管、鼻腔、內(nèi)耳等等。

作為近年來發(fā)展的一項比較新的技術，國內(nèi)外尚未見對嬰兒復雜型先天畸形整體心臟在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中診斷和介入模擬的報道。這是由于心臟之類的器官內(nèi)部解剖結(jié)構復雜加之存在瓣膜運動，觀察者進行觀察和評價時，虛擬內(nèi)窺鏡不僅要提供交互實時多角度觀察，而且要求虛擬視點位置不斷改變觀察，對虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)存在較高的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術中存在的上述問題，提供一種三維心臟超聲虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，以整體心臟的三維超聲顯示方式結(jié)合計算機虛擬內(nèi)窺鏡技術，使醫(yī)生身臨其境地“進入”被檢查患者的心臟內(nèi)部進行檢查觀察。

本發(fā)明的目的是通過以下技術手段實現(xiàn)的：

一種三維心臟超聲虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，包含：

數(shù)據(jù)采集單元，通過超聲對心臟進行二維圖像數(shù)據(jù)采集；

圖像預處理單元，對采集到的二維圖像數(shù)據(jù)進行濾波處理和圖像分割；

三維視圖重建單元，對經(jīng)過預處理的圖像數(shù)據(jù)進行三維視圖重建；

導航單元，設置一虛擬內(nèi)窺鏡視點，并允許該虛擬內(nèi)窺鏡視點在重建的三維視圖中進行任意角度的觀察；以及

測量單元，對所觀察的特定部位的數(shù)據(jù)進行測量和分析。

所述數(shù)據(jù)采集單元采用全容積法為整體心臟進行全容積采樣。

所述數(shù)據(jù)采集單元為彩色多普勒超聲心動圖儀。

所述數(shù)據(jù)采集單元依次采集一組4個實時三維瓜瓣塊后整合成一金字塔型整體心臟數(shù)據(jù)集。

所述數(shù)據(jù)采集單元依次采集一組4個實時三維瓜瓣塊分別為：0°～15°、15°～30°、30°～45°、45°～60°。

所述整體心臟數(shù)據(jù)集包含了一個心動周期的數(shù)據(jù)。

所述整體心臟數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)通過插值和坐標變換后按照高度、寬度、深度和時間的順序排列并以DICOM格式保存。

所述圖像預處理單元采用各向異性擴散法對二維圖像進行濾波處理。

在心臟的心肌輪廓方向使用高擴散參數(shù)濾波處理，在輪廓梯度方向使用低擴散參數(shù)濾波處理。

所述圖像預處理單元采用閾值法進行圖像分割。

所述閾值法設置灰度閾值和梯度閾值。

所述灰度閾值介于0～40之間。

作為較佳的實施方式，所述灰度閾值設置為20。

所述梯度閾值包含第一梯度閾值和第二梯度閾值。

所述第一梯度閾值設置為3，第二梯度閾值設置為6。

所述三維圖像重建單元采用面繪制法和體繪制法對經(jīng)過預處理的圖像數(shù)據(jù)進行三維可視化重建，虛擬視點移動時采用面繪制法，虛擬視點不移動時采用體繪制法。

所述虛擬內(nèi)窺鏡的導航方式分為關鍵幀動畫、自由導航以及指導路徑導航。

所述虛擬內(nèi)窺鏡視點通過調(diào)整視距和視角在重建的三維視圖中進行任意角度的觀察。

所述虛擬內(nèi)窺鏡視點移動時，三維視圖沿著視線方向前進，產(chǎn)生待檢器官組織結(jié)構目標不斷靠近觀察者的放大的多幀圖像。

所述導航單元對虛擬內(nèi)窺鏡視點經(jīng)過的路徑保存并進行連續(xù)回放。

所述導航單元循環(huán)動態(tài)顯示心臟內(nèi)部組織結(jié)構的運動。

所述測量單元測量特定部位的面積、最大徑和最小徑。

本發(fā)明的有益效果在于，醫(yī)生可以通過本發(fā)明在虛擬現(xiàn)實的模擬環(huán)境中、計算機的協(xié)助下對患者心臟進行多方位的無創(chuàng)傷檢查，減輕了病人的痛苦，此外，本發(fā)明也可用于正式手術前的模擬手術中，為心外科醫(yī)師的三維虛擬手術培訓奠定基礎，亦可應用于科研和醫(yī)療教學中。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明三維心臟超聲虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的框圖；

圖2為本發(fā)明中全容積采樣方式的數(shù)據(jù)采集示意圖；

圖3為本發(fā)明三維心臟超聲虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的觀察原理圖。

【具體實施方式】

下面結(jié)合實施例并參照附圖對本發(fā)明作進一步描述。